第三章 第2讲

第十三章 光 目标定位 1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念. 2.理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象. 3.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用. 4.知道全反射棱镜的原理. 第2讲 全反射 1 预习导学 梳理识记点拨 2 课堂讲义 理解深化探究 3对点练习 巩固应用反馈 预习导学 梳理识记点拨 4 第2讲 全反射 一、全反射 1.光疏介质和光密介质 (1)折射率 的介质称为光疏介质，折射率 的介质称 为光密介质. (2)光疏介质与光密介质是 的. 较小较大 相对 5 第2讲 全反射 2.全反射 当光从 介质射向 介质时，同时发生折射和反射， 如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越 ，而且越 来越 ，反射光却越来越 .当入射角增大到某一角度，使 折射角达到 时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种 现象叫做全反射. 光密光疏 远 弱强 90 6 第2讲 全反射 3.临界角 (1)定义：折射角为90时的 叫做临界角. (2)临界角C与折射率n的关系： . 入射角 7 第2讲 全反射 4.发生全反射的条件 当光从 介质射入 介质时，如果入射角 或 临 界角，就会发生全反射现象. 光密光疏等于大于 8 第2讲 全反射 想一想 当光从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足 够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？ 答案 不正确.要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介 质.而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能 发生全反射. 9 第2讲 全反射 二、全反射棱镜 截面为 的棱镜为全反射棱镜.它比平面镜的反 射率高，失真 . 三、光导纤维 1.光导纤维对光的传导原理：利用了 原理. 等腰直角三角形 小 全反射 10 第2讲 全反射 2.光导纤维构造 由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比 外套的 ，光传播时在内芯与外套的界面 上发生 (如图1所示). 3.光纤通讯的优点是容量 ，衰减 ，抗干扰性强等. 大 图1 全反射 大 小 课堂讲义 理解深化探究 11 第2讲 全反射 一、对全反射的理解 1.对光疏介质和光密介质的理解 (1)光疏介质和光密介质是相对而言的. (2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小. (3)光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光 由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角. (4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不指它的密度大 小. 12 第2讲 全反射 2.全反射 (1)临界角：折射角为90时的入射角称为全反射的临界角 ，用C表示，sin C . (2)全反射的条件：光由光密介质射向光疏介质；入射 角大于或等于临界角. (3)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质 ，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光 线，光的折射定律不再适用. 13 第2讲 全反射 例1 关于全反射，下列叙述中正确的是( ) A.发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱 B.光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象 C.光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象 D.光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象 14 第2讲 全反射 解析 发生全反射时折射光线的能量为零，折射光线消失， 所以选项A错误； 发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角 大于或等于临界角，二者缺一不可，所以选项B、D错误.选 项C正确. 答案 C 15 第2讲 全反射 针对训练 某种介质对空气的折射率是 ，一束光从该介质 射向空气，入射角是60，则下列光路图中正确的是(图中 为空气，为介质)( ) 16 第2讲 全反射 解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C 得C45160，故在两介质的界面上会发生全 反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确. 答案 D 17 第2讲 全反射 二、全反射棱镜和光导纤维 1.全反射棱镜 (1)特点： 当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反 射，与平面镜相比，它的反射率很高. 反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小. 18 第2讲 全反射 (2)全反射棱镜改变光路的两种常见情况.如图2所示. 图2 19 第2讲 全反射 2.光导纤维 (1)原理：内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯和 外套的界面上发生全反射. (2)优点：容量大，衰减小，抗干扰性强等. (3)应用：光纤通讯；医学上的内窥镜. 20 第2讲 全反射 例2 光导纤维的结构如图3所示，其内芯和外套材料不同 ，光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的是( ) A.内芯的折射率比外套的大，光传播时在 内芯与外套的界面上发生全反射 B.内芯的折射率比外套的小，光传播时在 内芯与外套的界面上发生全反射 图3 21 第2讲 全反射 C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的 界面上发生折射 D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可 以起保护作用 22 第2讲 全反射 解析 光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光在由 内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内 芯中传播，A对. 答案 A 23 第2讲 全反射 三、全反射的定量计算 应用全反射解决实际问题的基本方法：(1)确定光是由光 疏介质进入光密还是从光密进入光疏介质.(2)若光由光 密介质进入光疏介质时，根据sin C 确定临界角，看 是否发生全反射.(3)根据题设条件，画出入射角等于临 界角的“临界光路”.(4)运用几何关系(如三角函数、反 射定律等)进行判断推理，运算及变换. 24 第2讲 全反射 例3 一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有 一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R 的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上. 已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线( 不考虑反射)，求平板玻璃的折射率. 25 第2讲 全反射 解析 如图，从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线射 到玻璃上表面A点恰好发生全反射，则有sin C 26 第2讲 全反射 其中LRr 对点练习 巩固应用反馈 27 第2讲 全反射 对全反射的理解 1.光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生 全反射，那么必须满足的条件是( ) A.a是光密介质，b是光疏介质 B.光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度 C.光的入射角必须大于或等于临界角 D.光的入射角必须小于临界角 AC 28 第2讲 全反射 2.光在某种介质中的传播速度是1.5108 m/s，光从该介质射 向空气时( ) A.临界角是30 B.大于或等于30的所有角都是临界角 C.入射角大于或等于30时都能发生全反射 D.临界角可能是60 29 第2讲 全反射 答案 AC 30 第2讲 全反射 全反射的应用 3.空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框 下方和上方射出，其框外光线如图4所示.方框内有两 个折射率n1.5的全反射棱镜，下面给出了两棱镜四 种放置方式的示意图，其中能产生图中效果的是( )图4 31 第2讲 全反射 解析 四个选项产生的光路效果如图所示： 由图可知B项正确. 答案 B 32 第2讲 全反射 4.图5为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝 长为L，折射率为n，AB代表端面.已知光在真空中的传播速度 为c. (1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到 另一端面，求光线在端面AB上的入射角 应满足的条件； 图5 33 第2讲 全反射 解析 设光线在端面AB上C点的入射角为i，折射角为r，光路 图如图所示 由折射定律有sin insin r 设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为，为了使该光线可 在此光导纤维中传播，应有 式中是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角，它满足nsin 1 34 第2讲 全反射 由几何关系得r90 35 第2讲 全反射 (2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一